管道壁厚计算公式的改进

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管道壁厚计算公式的改进

目前，管线设计是根据 ASME （美国机械工程师协会）标准规范 B31.8 计算所需的管壁厚度或允许压力，是一种基于允许环向应力的设计方法。当陆上管道受到升温及内部压力的综合作用时， B31.8 并没有相应的壁厚修正标准或公式。在遵循原有基本原则以及极限状态设计概念的基础上，建议改变 B31.8 的保守设计，在不影响管道的完整性情况下，减小管道壁厚。 , L7 h8 Z- G2 m# C    对 B31.8 的修改提议主要涉及三个方面： " }' O$ T! Q# @; Z6 s/ t+ ?     1 ．引入最小壁厚设计因素     管线的壁厚越小，环向应力越大。设计要求由管线几何尺寸决定的环向应力小于（或等于）允许的环向应力，从而可计算出最小的壁厚尺寸。 B31.8 中的允许环向应力计算由复杂的设计参数决定，包括规定的  最小屈服强度、取决于加工设备类型的设计因数、纵向焊缝因数和温度降低因数。 ; N& ~/ Q) g8 V8 {7 w    采用 B31.8 中管道壁厚的计算标准，考虑管道制造中的公差，可以修正设计因数，增加环向应力允许值，则可减小名义壁厚的允许值。例如，管线外径小于 20in 的焊接管或无缝管，利用修正后的公式计算，允许的环向应力可增加 8.5% 。 ; @) _6 E4 C- L. ~( d0 I) n     2. 完善环向应力计算公式 # U0 c9 v7 \1 u/ R* f. P  R! t     基于极限状态标准的设计是管道设计规范的趋势。保守的极限状态设计是应用传统的允许应力标准来计算材料实际的非线性特性下的应力，改进后的壁厚设计公式充分考虑到了管道材料的非线性性能（即橡胶 - 塑料应力 - 张力图），以及管壁径向应力分布。与原有公式相比，新的环向应力计算公式提供了更经济的方案。 % L; ]( N. \! N) [, F+ x0 l3 r " S: m$ g9 n. h+ J    3. 管道壁厚与温差之间的关系 , [& ?: x0 N- I& L3 } ' Y# {- ?3 z7 B. D6 ?    对于现代管道而言，确定管道壁厚与温差的关系具有重要意义。 B31.8 中既不包括纵向应力和等效应力，也不包括确定受限制的管道纵向应力的计算公式，因此建议加以修订。对于受限制的管道考虑实际的非线性特性下的应力，采用修正后的方法计算可增加允许的温差范围或减小需要的壁厚。以 24in 管线、 X-52 钢级、设计压力 1440psig 为例，按标准计算壁厚为 0.462in 、允许的温差为 114 ℉，按修正后公式计算温差为 185 ℉；如果按温差为 140 ℉设计，需要的壁厚为 0.565in ，修正后公式计算的壁厚是 0.462in ，减少了 18% 。